基于感应涡流的磁悬浮实验的设计.pdfVIP

～’彗甄圈绷罢队 基于感应涡流的磁悬浮实验的设计 杨联弟 (运城学院物理与电子工程系，山西运城044000 摘要：由于磁通量的变化，交变磁场中的导体中会感生涡流，产生涡流反过来会产生磁场，与交变磁场形 成斥力作用，利用此斥力作用可以实现导体的悬浮。利用此原理制作了磁悬浮实验，涡流的存在得到了验证。 结果表明，交变磁场变化越大，悬浮对象材质越轻，截面积越大，悬浮效果越好。此外，利用涡流的不均匀分布制 作了驱动装置。 关键词：涡流；磁悬浮；线圈 文章编号：1008—8008(2013)05-．0041-03 中图分类号：0441．3文献标志码：A 1．引言 将线圈和铁芯看做整体，通 ◎ 磁悬浮是指利用电磁斥力使物体克服地心引 入交变电流i，，如图1所示。当i。 力，实现无机械接触地悬浮的一种稳定或随机平衡 变化时，线圈产生的交变磁场， 状态。1。，是一种涉及多门学科的综合性技术。磁悬 穿过放置在线圈上方的环的磁 浮产品具有完全无机械摩擦、无磨损、无污染、功耗 通不断变化，在铝环中产生感应 小、噪音低、效率高、不需要润滑剂和密封等特点， 涡电流i：。涡电流i：与i。具有一 被广泛应用于高速交通运输、航空航天、精密仪器、 定的相位差，产生与原磁场方向 机械制造以及其它新兴行业等领域。口j 相反的感生磁场，即使铝环受一 图1 悬浮的原理 由于磁场(力)的不同，磁悬浮可被分为常导和个向上的磁场力。当磁场力与铝 o 超导磁悬浮。磁悬浮按原理分，有吸引式即电磁式 环的重力平衡时，铝环悬浮于线圈上空。。5 及排斥式即电动式悬浮两种。一j本文主要研究的是 根据磁悬浮原理，设计磁悬浮实验装置，主要 电动式磁悬浮的一个应用，利用交变磁场与其附近 由以下几部分组成： 的良导体中的感应涡流。4j产生的排斥作用，设计制 (1)采用型号为TDGC：T一1的接触调压器，作 作并进行了磁悬浮实验，讨论(1)线圈电流及悬浮为交变磁场的电源。 对象本身的因素对悬浮效果的影响；(2)金属环悬 浮高度随电流的变化；(3)对比不同材质的金属环棒；线圈包括绝缘线圈架和金属线圈两部分。PVC 的悬浮现象，o(4)利用悬浮线圈在交变磁场中的发 线圈架，内径1．9cm，外径1．95cm，高llem。根据 亮，验证金属涡流的产生；(5)实现了铝盘在悬浮状铁芯的最大磁通咖。和电源的最大电压k满足电压 态的转动。 的平衡方程，经过计算得出线圈合理的匝数为 2．实验原理 rr 用金属线紧密缠绕在线圈架上制成实验所用 N2丽I．J=4600 线圈，呈螺线管结构。电流流过线圈，在附近产生磁 为免烧坏线圈，实验中使用的最大电流为0． 场。在线圈中放入一个铁芯，铁芯弘值较高，可以集 75A。 中并强化磁场及其磁通的变化，以实现用较小传导 (3)实验中使用的悬浮对象，一种为表1所列 电流激发强大磁场的目的。 的四个金属环。 收稿日期：2012—12-10 作者简介：杨联弟(1964一)，女，山西运城人，运城学院物理与电子工程系实验师。 表1金属环相关数据 积。由于大铝环较小铝环要重，因此使大铝环悬浮 所需的磁通变化大，悬浮高度低。由于选用的铝环 厚度相同，大铝环的面积更大，随着电流的增大，磁